6 domande e risposte sul sistema global shutter di Sony

La Sony Alpha 9 III sta facendo scalpore nel mondo della fotografia. Infatti, è la prima fotocamera CMOS full frame a disporre di un global shutter. Ma cosa significa in realtà? Quali sono i vantaggi? Ecco le risposte alle sei domande più frequenti.

1. Che cos'è un global shutter?

Global shutter significa «otturatore globale». Un sistema global shutter legge contemporaneamente tutti i pixel del sensore della fotocamera. Il termine «otturatore» è in realtà un anacronismo, ma è importante per la comprensione:

le fotocamere classiche hanno un otturatore meccanico sul piano focale che si apre e lascia cadere la luce su una pellicola analogica o su un sensore digitale. Dopodiché, a seconda del tempo impostato, si richiude. Lo fa con due «chiusure a tapparella», una dopo l'altra. A velocità elevate, un otturatore sul piano focale non espone mai l'intero sensore. La seconda «tapparella» dell'otturatore inizia a coprire nuovamente il sensore prima che ciò avvenga.

Con le fotocamere SLR con mirino ottico, bisogna prima ripiegare lo specchio per questo processo. Le fotocamere moderne non hanno più bisogno di questa operazione, poiché dispongono di un mirino elettronico che acquisisce l'immagine direttamente dal sensore. Questo apre la strada a un altro tipo di «otturatore»: quello elettronico.

Con un otturatore elettronico, il sensore è esposto in modo permanente. Quando si preme il pulsante di scatto, la fotocamera legge semplicemente l'immagine in quel momento e la salva. I sensori CMOS attuali eseguono questa operazione riga per riga. La riga di pixel superiore viene letta per prima, seguita da quella inferiore. Ciò richiede un certo tempo, che varia a seconda del sensore. La Sony Alpha 7R V con sensore retroilluminato e 61 megapixel, ad esempio, ha bisogno di circa 1/30 di secondo. La Nikon Z 8 con sensore impilato e 45 megapixel richiede solo 1/270 di secondo.

La nuova Sony Alpha 9 III è la prima a farlo in modo completamente diverso: attiva immediatamente il sensore e legge tutti i pixel contemporaneamente. Si tratta di un'innovazione tecnologica.

2. Quali sono i vantaggi?

Il global shutter elimina diversi problemi che altri sistemi di otturazione devono affrontare, aprendo nuove possibilità:

• Nessuna distorsione: il contenuto dell'immagine può cambiare nel tempo necessario ai sensori classici per l'acquisizione dell'immagine riga per riga. Questo è un problema con i movimenti veloci: una mazza da golf in pieno swing si muove relativamente veloce in una frazione di secondo. Nel momento in cui viene esposta o letta la riga superiore del sensore, questa si trova in una posizione diversa che quando viene letta l'ultima riga. Per questo motivo nella foto appare distorta. Con il global shutter rimane dritta.

C'è distorsione con un otturatore meccanico?

Teoricamente sì. Un otturatore meccanico classico funziona ad alta velocità secondo lo stesso principio della lettura riga per riga del sensore: la luce non entra dappertutto nello stesso momento, ma viene fatta entrare solo attraverso la fenditura che si muove dall'alto verso il basso. Tuttavia, poiché un otturatore meccanico ha bisogno solo di circa 1/400 di secondo per farlo, la distorsione è minima e visibile solo in casi estremi. Solo il costoso otturatore centrale meccanico non presenta questo problema. Il global shutter è il suo equivalente elettronico.

• Nessun banding: le sorgenti luminose a LED causano problemi simili a quelli dei sensori convenzionali, come i movimenti veloci. Non si accendono costantemente, ma sfarfallano ad alta frequenza. Con i sistemi di otturazione convenzionali, questo comporta un «banding» dovuto al lungo tempo di lettura: l'immagine è esposta a strisce in modo diverso. Questo non accade più con il global shutter. L'esposizione tra le diverse immagini può ancora variare con tempi di posa brevi.

• Velocità di scatto continuo più elevata: poiché il limite della velocità di lettura è stato eliminato, con il global shutter è possibile raggiungere velocità di scatto continuo estremamente elevate. Il processore è poi quello che deve elaborare le immagini. La Sony Alpha 9 III può scattare 120 foto al secondo in formato RAW – un salto di qualità rispetto alle fotocamere precedenti.
• Migliore sincronizzazione del flash: con un otturatore meccanico, di solito è possibile sincronizzare un flash solo fino a 1/200 di secondo. Con tempi di esposizione più brevi, non viene mai esposto l'intero sensore, ma solo una fessura. Il flash non ha la possibilità di esporre l'intera immagine. Con il normale otturatore elettronico avviene il contrario: il tempo di scatto del flash è inferiore alla velocità di lettura del sensore. Anche così, l'immagine non è esposta in modo uniforme dal flash. Questi problemi scompaiono con il global shutter. In teoria, un flash può essere sincronizzato con la Sony Alpha 9 III fino a 1/80 000 di secondo.

3. Chi ne beneficia?

I vantaggi del global shutter sono particolarmente evidenti nella pratica in tre applicazioni:

• Fotografia sportiva: l'elevata velocità di scatto continuo è perfetta per cogliere esattamente il momento giusto. Anche i movimenti più rapidi non distorcono più le immagini.
• Video: l'effetto rolling shutter è completamente eliminato anche nei video. Nonostante i movimenti della fotocamera, le linee verticali rimangono dritte.
• Flash on location: se vuoi competere con la luce ambientale utilizzando il flash, trarrai enormi vantaggi dagli elevati tempi di sincronizzazione possibili. Se si aumenta la velocità dell'otturatore, ad esempio da 1/200 a 1/1000 di secondo, la luce ambientale espone l'immagine l'80 percento in meno. Tuttavia, l'intensità del flash non cambia (parlerò delle limitazioni più avanti). Ciò consente di scurire lo sfondo con flash meno potenti. Inoltre, è possibile utilizzare diaframmi aperti alla luce del sole senza dover ricorrere a modalità flash ad alta velocità con perdite.

Inoltre, il global shutter renderà superfluo un otturatore meccanico in futuro. In questo modo si elimina un componente complesso. Le fotocamere potrebbero essere progettate per essere più compatte e più economiche. Tuttavia, il secondo effetto è destinato a concretizzarsi solo nel lungo periodo. Come ogni nuova tecnologia, il global shutter rimarrà costoso per alcuni anni a venire.

Nonostante i suoi vantaggi, la Sony Alpha 9 III è attualmente l'unica fotocamera di questo tipo che interessa solo un gruppo di destinatari molto ristretto. Se non fotografi sport veloci, probabilmente non hai mai avuto problemi di immagini distorte. Anche la fotografia di animali non beneficia quasi mai del global shutter. Gli effetti di rolling shutter si verificano regolarmente con i normali sensori durante le riprese, ma sono già ben controllati con le nuove fotocamere. E se non si usa il flash all'esterno, ma in studio, non è quasi mai necessaria una velocità dell'otturatore elevata.

4. Posso davvero sincronizzare il mio flash con qualsiasi velocità dell'otturatore?

Sì, ma a meno di 1/1000 di secondo non si ottiene molto. Sony pubblicizza l'Alpha 9 III con tempi di sincronizzazione fino a 1/80 000 di secondo. È possibile, ma non ha senso. A velocità di otturazione molto elevate, il flash diventa il punto debole. Anche un tubo flash ha bisogno di un certo tempo per emettere la sua luce. Questo è il cosiddetto flashing time. Se il global shutter espone il sensore per un periodo inferiore a questo tempo di scatto, non capta più parte della luce del flash. Come per la luce continua.

Ecco un breve approfondimento se vuoi sapere esattamente quanto sono lunghi i tempi tipici di flashing e cosa significano le specifiche. Se non ti interessa, puoi passare al punto successivo.

L'intensità luminosa di un tubo flash non è lineare, ma è una curva che sale rapidamente e scende lentamente. Più forte è il flash, più lungo è il tempo di flashing. È specificato in «T.5» o «T.1». T.5 indica il tempo in cui il flash è acceso con un'intensità superiore al 50 percento. T.1 il tempo in cui è illuminato con un'intensità superiore al 10 percento.

Per poter stimare il tempo di posa al quale un global shutter non cattura più tutta la luce, T.1 è la specifica rilevante. T.5 è fuorviante, perché a questo punto il flash ha solitamente emesso solo il 60 percento della sua luce. Purtroppo, molti produttori specificano il T.5 solo perché ha un aspetto migliore. Ora che sai tutto ciò, ecco alcuni esempi:

Come si può vedere, il tempo di flashing T.1 della maggior parte dei flash alla massima potenza è di ben 1/300 di secondo. Anche se si accetta una perdita di luce di circa il 40 percento, il tempo non è quasi mai più di 1/1000 di secondo. Tempi di posa più rapidi hanno senso solo se non si imposta il flash a piena potenza, ma in questo caso non si ha alcun vantaggio aggiuntivo contro il sole.

5. Quali sono gli svantaggi?

Un sensore con global shutter richiede un numero estremamente elevato di circuiti in uno spazio molto ridotto. Dopo tutto, i segnali di tutti i pixel devono essere trasmessi simultaneamente. Questo è possibile solo in un sensore impilato. In questo caso, i fotodiodi e i circuiti non sono disposti sullo stesso livello, ma uno dietro l'altro. Con un sensore convenzionale, lo spazio sarebbe probabilmente troppo ristretto.

In primo luogo, questa costruzione è costosa – è già il caso con i normali sensori impilati. Sono ancora più difficili da produrre con un sistema global shutter aggiuntivo. Non per niente Sony ha impiegato così tanto tempo per svilupparlo. In secondo luogo, la complessità potrebbe avere un impatto negativo sulla qualità dell'immagine:

• minore gamma dinamica
• più rumore d'immagine
• risoluzione inferiore

Sony sostiene che il global shutter dell'Alpha 9 III non comporti una minore qualità dell'immagine. Questo può essere verificato solo con fotocamere definitive e immagini RAW. Nel primo test pratico con un modello di pre-produzione, non ho notato nulla di negativo in termini di rumore d'immagine o di gamma dinamica.

La risoluzione della Sony Alpha 9 III è di ben 24 megapixel, probabilmente il limite dell'attuale tecnologia di produzione. Un numero ancora maggiore di pixel significherebbe un numero ancora maggiore di circuiti.

6. Dove sarà disponibile in futuro?

La prossima fotocamera che potrebbe disporre del global shutter è la Canon EOS R1, anch'essa una top di gamma della fotografia sportiva. Secondo le indiscrezioni, uscirà all'inizio del 2024. Oltre a Sony, Canon è l'unico produttore che costruisce i propri sensori.

È impossibile stimare la velocità con cui Sony trasmetterà la tecnologia ad altri marchi. L'azienda fornisce sensori a quasi tutta l'industria: Nikon, Fujifilm, Hasselblad, Olympus, Apple. Prima o poi, quindi, è probabile che il global shutter trovi spazio anche in altre fotocamere di fascia alta. Probabilmente ci vorrà più tempo prima che arrivi nelle fotocamere di fascia media. Anche i normali sensori impilati sono ancora riservati ai modelli top di gamma. Le uniche eccezioni finora sono la OM System OM-1 e la Fujifilm X-H2S, entrambe in formato ridotto.

Avrebbe senso un global shutter anche negli smartphone? In teoria, sì. Anche qui i sensori leggono riga per riga. Tuttavia, sono molto piccoli. 1 pollice (che in realtà significa solo una diagonale di 0,63 pollici) è il massimo della sensibilità. La velocità di lettura è quindi molto elevata. L'iPhone 15 Pro, ad esempio, raggiunge 1/200 di secondo.

In pratica, l'effetto rolling shutter è un problema solo in situazioni estreme. Simile ai sensori sovrapposti della Sony Alpha 1 (1/240 s) o della Nikon Z 8 (1/270 s). A differenza delle fotocamere di grandi dimensioni, uno smartphone non si troverà quasi mai in situazioni in cui la distorsione diventa visibile. Di norma, non è necessario che si sincronizzi con i flash.